AN216 -直流无刷 (BLDC) 电机的相位下冲
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简介
在直流无刷 (BLDC) 电机驱动电路中，PCB 上的寄生电感常会导致电机相位节点在开关期间短时间内被驱至负电压。对大电流、低电感的电机来说，这个问题更严重，其开关期间的 dI/dt 可能极高。
MPS 的 BLDC 预驱动器（例如 MP653x 系列）能够承受相位节点上的负瞬态。 但在极端情况下，负瞬态仍有可能会损坏设备。
下冲的根源
我们先来看看当电流被驱动到电机中时会发生什么。当MOSFET (HS-FET) 关断后，由于电机的感应特性，电流一定还是继续沿同一方向流动。最初，再循环电流流过下管 MOSFET (LS-FET) 的体二极管；在大多数驱动器中，LS-FET 随即导通。
体二极管最终将电压钳位至低于地电位的二极管压降处。然而，在体二极管的恢复特性与 PCB 寄生电感的共同作用下，相位节点 (SHx) 处会产生负下冲（见图 1）。
大电流以及低电机电感引起的高 dI/dt 会加剧这种负下冲。
图1: 负下冲
MPS 栅极驱动器的负电压容限
MPS 的栅极驱动 IC 能够承受相位节点 (SHx) 上的负下冲。请参阅相关数据手册了解具体绝对最大额定值。
但除了相位节点之外，还要考虑下冲对自举引脚 (BSTx) 的影响。由于 BSTx 和 SHx 之间有一个电容，SHx 上的较大负下冲也会迫使 BSTx 引脚经历相对于 SHx 而言过高的电压，或者被驱动到负电压。自举电容越大，下冲量越大，这会导致IC的损坏。
缓解技术
一般来说，有了良好的 PCB 布局，就无需考虑其他因素，因为负下冲会保持在 IC 的瞬态绝对最大额定范围内。但在某些情况下，特别是那些具有低电感/大电流的电机，可能就需要额外的保护。
一般建议采用的缓解技术是，插入一个小串联电阻（通常为 10Ω），与 IC 的 SHx 引脚串联；并在 SHx 与地之间添加一个肖特基二极管。注意，电阻必须非常小（例如低于 22Ω），因为它是与上管栅极充电电流串联的。
图 2 显示了 SHx 上肖特基二极管的放置位置。
图2: SHx 上的肖特基二极管
当 SHx 上重复出现负下冲时，自举电容可能会被充电到过高的电压。这种过压情况可能会破坏自举电路，甚至在 SHx 输出被驱动为高电平时导致 HS-FET 栅极被击穿。在这种情况下，可以在 BSTx 和 SHx 之间连接一个瞬态电压抑制 (TVS) 二极管。
TVS 二极管的额定击穿电压应高于最大 HS-FET 栅极驱动电压。对于 MP653x 系列器件，建议采用 12V TVS 二极管。TVS 二极管可以钳位 BSTx 与SHx 之间的电压，避免其超过内部自举电路的击穿电压。
我们建议在SHx上放置肖特基二极管，而不是在BSTx上放置TVS二极管； 采用 TVS 二极管解决方案时，在 SHx 下冲的一些极端情况下，BSTx 引脚仍可能承受负电压。
图 3 显示了采用 TVS 二极管的解决方案。
图3: BSTx 和SHx之间的TVS二极管
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